JP2017195301A - Epitaxial growth system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxial growth system capable of improving accuracy of a conveying operation of a semiconductor wafer at temperatures ranging from 600°C or higher to 800°C or lower and manufacturing an epitaxial wafer improved in a flatness property by reducing a difference in the conveying operation of the semiconductor wafer between a room temperature and the temperatures ranging from 600°C or higher to 800°C or lower.SOLUTION: In an epitaxial growth system, a horizontal plane projection shape of a first through-hole 22 of a susceptor 20 is a circle, and a horizontal plane projection shape of a second through-hole 36 of an arm 34 is an ellipse of which the length direction is matched with an extension direction of the arm. The epitaxial growth system is characterized in that the ellipse includes the circle at a room temperature and any temperatures ranging from 600°C or higher to 800°C or lower on a horizontal plane on which the first through-hole of the susceptor and the second through-hole of the arm are projected.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル成長装置に関する。   The present invention relates to an epitaxial growth apparatus for vapor-phase growing an epitaxial film on the surface of a semiconductor wafer.

エピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させたものである。例えば、結晶の完全性がより要求される場合や抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合などには、シリコンウェーハ上に単結晶シリコン薄膜を気相成長(エピタキシャル成長)させてエピタキシャルシリコンウェーハを製造する。   An epitaxial wafer is obtained by vapor-phase-growing an epitaxial film on the surface of a semiconductor wafer. For example, when crystal integrity is more required or a multilayer structure with different resistivity is required, an epitaxial silicon wafer is produced by vapor-phase growth (epitaxial growth) of a single crystal silicon thin film on a silicon wafer. To do.

エピタキシャルウェーハの製造には、例えば枚葉式エピタキシャル成長装置を用いる。ここで、一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置について、図8を参照して説明する。図8に示すように、エピタキシャル成長装置300は、上部ドーム11、下部ドーム12及びドーム取付体13を含むチャンバ10を有し、該チャンバ10がエピタキシャル膜形成室を区画する。チャンバ10には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口15およびガス排出口16が設けられる。一方、チャンバ10内には、半導体ウェーハWが載置されるサセプタ20が配置される。サセプタ20は、下方からサセプタサポートシャフト30により支持される。サセプタサポートシャフト30は、主柱32と、この主柱32から放射状に等間隔に延びる3本のアーム34(1本は図示せず)とを含み、アーム34の先端の3つの支持ピン38(1つは図示せず)でサセプタ20の下面外周部を嵌合支持する。また、サセプタ20には3つの貫通孔(1つは図示せず)が形成され、3本のアーム34にも貫通孔が1つずつ形成されている。これらアーム34の貫通孔及びサセプタ20の貫通孔には、リフトピン40が挿通される。リフトピン40の下端部は昇降シャフト50に支持される。チャンバ10内に搬入された半導体ウェーハWの支持、この半導体ウェーハWのサセプタ20上への載置、および、気相成長後のエピタキシャルウェーハのチャンバ10外への搬出の際には、昇降シャフト50が昇降することで、リフトピン40がアームの貫通孔およびサセプタの貫通孔と摺動しながら昇降し、その上端部で半導体ウェーハWの昇降を行う。   For manufacturing an epitaxial wafer, for example, a single wafer epitaxial growth apparatus is used. Here, a general single wafer epitaxial growth apparatus will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the epitaxial growth apparatus 300 includes a chamber 10 including an upper dome 11, a lower dome 12, and a dome mounting body 13, and the chamber 10 defines an epitaxial film forming chamber. The chamber 10 is provided with a gas supply port 15 and a gas discharge port 16 for supplying and discharging the reactive gas at positions opposite to the side surfaces thereof. On the other hand, a susceptor 20 on which the semiconductor wafer W is placed is disposed in the chamber 10. The susceptor 20 is supported by the susceptor support shaft 30 from below. The susceptor support shaft 30 includes a main column 32 and three arms 34 (one not shown) extending radially from the main column 32 at equal intervals, and three support pins 38 (one at the tip of the arm 34). One is not shown) and supports the outer periphery of the lower surface of the susceptor 20 by fitting. The susceptor 20 has three through holes (one is not shown), and the three arms 34 have one through hole. Lift pins 40 are inserted through the through holes of the arms 34 and the through holes of the susceptor 20. The lower end portion of the lift pin 40 is supported by the lifting shaft 50. When supporting the semiconductor wafer W carried into the chamber 10, placing the semiconductor wafer W on the susceptor 20, and carrying out the epitaxial wafer after vapor phase growth out of the chamber 10, the lift shaft 50 The lift pin 40 moves up and down while sliding with the through hole of the arm and the through hole of the susceptor, and the semiconductor wafer W is moved up and down at the upper end.

また、上記のような枚葉式エピタキシャル成長装置においては、複数本のリフトピンはそれぞれ独立して設置されており、さらにリフトピンが挿通される貫通孔にはリフトピンが昇降できるようにある程度のクリアランスが設けられるのが一般的である。特許文献1では、このような枚葉式エピタキシャル成長装置において、リフトピン上に半導体ウェーハが存在する場合、半導体ウェーハの荷重等によりぐらつきが発生し、そのぐらつきにより半導体ウェーハのサセプタへの載置位置にバラつきが発生するという認識から、複数本のリフトピンを補助部材により相互接続することにより、補助部材が無い場合に比べて半導体ウェーハを昇降させる際のリフトピンのぐらつきを抑制し、半導体ウェーハの載置位置のずれを低減させる技術が記載されている。   In the single-wafer epitaxial growth apparatus as described above, a plurality of lift pins are installed independently, and a certain degree of clearance is provided in the through hole through which the lift pins are inserted so that the lift pins can be raised and lowered. It is common. In Patent Document 1, in such a single-wafer epitaxial growth apparatus, when a semiconductor wafer exists on the lift pins, wobbling occurs due to the load of the semiconductor wafer, and the wobbling causes the semiconductor wafer to be placed on the susceptor. Therefore, by connecting a plurality of lift pins with an auxiliary member, wobbling of the lift pins when raising and lowering the semiconductor wafer is suppressed compared to the case without the auxiliary member, and the mounting position of the semiconductor wafer is reduced. A technique for reducing the deviation is described.

特開2014−220427号公報JP 2014-220427 A

エピタキシャル膜の膜厚を均一にすることにより優れた平坦度特性を有するエピタキシャルウェーハを得るには、半導体ウェーハの搬送動作の際に、半導体ウェーハの主表面が水平面に対して平行となる状態を保つことが必須である。そのためには、搬送時にリフトピンの中心軸が鉛直方向に対して平行に位置することが望まれる。ここで、半導体ウェーハの搬送機構であるサセプタ、リフトピン、及びサセプタサポートシャフトの材料は、耐熱性、コスト、及び機能の観点から限られており、例えば、サセプタサポートシャフトに石英を用いる場合は、サセプタおよびリフトピンにはカーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材を用いることが一般的である。この場合、カーボングラファイトや炭化ケイ素の熱膨張係数は石英の熱膨張係数に比べて大きいため、半導体ウェーハWの搬送温度である600℃以上800℃以下の温度帯域では、サセプタの貫通孔は、室温時を基準としてアームの貫通孔に対して相対的にサセプタの径方向外側に熱膨張により移動する。これに伴って、サセプタの貫通孔とアームの貫通孔とを挿通するリフトピンの中心軸の鉛直方向に対する傾きも室温時と600℃以上800℃以下の温度時とでは変化する。これらを考慮して、600℃以上800℃以下の温度においてリフトピンの中心軸が鉛直方向に対して平行に位置するように、室温時において、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾くように設計するのが一般的である。しかしながら、半導体ウェーハの搬送動作の調整は室温でしか行うことができないため、室温時にリフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾くように設計すると、室温と600℃以上800℃以下の温度とにおけるリフトピンの中心軸の鉛直方向に対する傾きが異なる。そのため、室温と600℃以上800℃以下の温度とにおける半導体ウェーハの搬送動作の差が大きくなる。すなわち、室温において、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾いている状況の下で半導体ウェーハの搬送動作を調整したとしても、600℃以上800℃以下の温度では、サセプタの熱膨張によりリフトピンの中心軸は鉛直方向に対して平行に位置するため、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作は、室温での調整時における半導体ウェーハの搬送動作と乖離することになる。そのため、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作は必ずしも良好ではなかった。その結果として、エピタキシャル膜の膜厚が不均一になり、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハが得られないという問題が存在していた。   In order to obtain an epitaxial wafer having excellent flatness characteristics by making the film thickness of the epitaxial film uniform, the main surface of the semiconductor wafer is kept parallel to the horizontal plane during the transfer operation of the semiconductor wafer. It is essential. For this purpose, it is desirable that the center axis of the lift pin is positioned parallel to the vertical direction during conveyance. Here, the materials of the susceptor, lift pins, and susceptor support shaft, which are semiconductor wafer transfer mechanisms, are limited in terms of heat resistance, cost, and function. For example, when quartz is used for the susceptor support shaft, the susceptor is used. It is common to use a member in which silicon carbide is coated on a carbon graphite substrate for the lift pins. In this case, since the thermal expansion coefficient of carbon graphite or silicon carbide is larger than the thermal expansion coefficient of quartz, in the temperature range of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower which is the transfer temperature of the semiconductor wafer W, the through hole of the susceptor is room temperature. It moves relative to the through-hole of the arm relative to the time by thermal expansion outward in the radial direction of the susceptor. Along with this, the inclination of the center axis of the lift pin passing through the through hole of the susceptor and the through hole of the arm with respect to the vertical direction also changes between room temperature and 600 ° C. to 800 ° C. Considering these, the center axis of the lift pin is in the radial direction of the susceptor with respect to the vertical direction at room temperature so that the center axis of the lift pin is positioned parallel to the vertical direction at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. In general, it is designed to tilt inward. However, since the adjustment of the transfer operation of the semiconductor wafer can be performed only at room temperature, if the center axis of the lift pin is tilted inward in the radial direction of the susceptor with respect to the vertical direction at room temperature, it is 600 ° C. or more and 600 ° C. or more. The inclination with respect to the vertical direction of the center axis of the lift pin at the following temperatures is different. For this reason, the difference in the transfer operation of the semiconductor wafer between room temperature and a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower becomes large. That is, even if the semiconductor wafer transfer operation is adjusted at room temperature under the condition that the central axis of the lift pins is inclined inward in the radial direction of the susceptor with respect to the vertical direction, at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, Since the center axis of the lift pin is positioned parallel to the vertical direction due to thermal expansion of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer transfer operation at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower deviates from the semiconductor wafer transfer operation at the time of adjustment at room temperature. It will be. Therefore, the transfer operation of the semiconductor wafer at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is not always good. As a result, there has been a problem that the epitaxial film thickness becomes non-uniform and an epitaxial wafer excellent in flatness characteristics cannot be obtained.

また、特許文献1では、リフトピンのぐらつき抑制の観点から複数のリフトピンを補助部材により相互接続しているが、各部材の設計に関して室温と600℃以上800℃以下の温度とにおける熱膨張係数の差が何ら考慮されておらず、さらに、リフトピン同士が相互接続により固定されている。このため、熱膨張係数の差に起因する各部材の寸法の変化が半導体ウェーハの搬送動作に与える影響は、補助部材を設けていない場合に比べて大きくなることがわかった。   Further, in Patent Document 1, a plurality of lift pins are interconnected by auxiliary members from the viewpoint of suppressing lift pin wobble, but the difference in thermal expansion coefficient between room temperature and 600 ° C. or more and 800 ° C. or less with respect to the design of each member. Is not considered at all, and the lift pins are fixed by interconnection. For this reason, it has been found that the influence of the change in the size of each member due to the difference in thermal expansion coefficient on the transfer operation of the semiconductor wafer is greater than that in the case where no auxiliary member is provided.

そこで本発明は、上記課題に鑑み、室温および600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の差を低減させることにより、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができ、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハを製造することができるエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention reduces the difference in the semiconductor wafer transfer operation at room temperature and a temperature of 600 ° C. to 800 ° C., thereby improving the accuracy of the semiconductor wafer transfer operation at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. It is an object of the present invention to provide an epitaxial growth apparatus that can improve the thickness of the epitaxial wafer and can manufacture an epitaxial wafer excellent in flatness characteristics.

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
(1)半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル成長装置であって、
チャンバと、
3以上の第1貫通孔を有し、前記チャンバ内で前記半導体ウェーハを載置するサセプタと、
前記サセプタを下方から支持するサセプタサポートシャフトであって、
前記サセプタの中心の下方に配置される主柱と、
前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延び、第2貫通孔を有する3本以上のアームと、
前記アームの先端において前記サセプタを直接支持する、前記アームの本数と同じ数の支持ピンと、
を有するサセプタサポートシャフトと、
上端部および下端部を有し、前記サセプタの前記第1貫通孔内および前記アームの前記第2貫通孔内に挿通され、上下方向に昇降されることにより、前記上端部で前記半導体ウェーハを支持しながら前記半導体ウェーハを前記サセプタに着脱させる、3本以上のリフトピンと、
前記リフトピンの下端部を支持しながら前記リフトピンを昇降させる昇降シャフトと、
を有し、
前記サセプタの前記第1貫通孔の水平面投射形状が円であり、かつ、前記アームの前記第2貫通孔の水平面投射形状が、長手方向が前記アームの延在方向と一致する長円であり、
前記サセプタの前記第1貫通孔および前記アームの前記第2貫通孔を投影した水平面において、室温および600℃以上800℃以下のいずれの温度においても、前記長円が前記円を包含することを特徴とするエピタキシャル成長装置。
The gist configuration of the present invention for solving the above-described problems is as follows.
(1) An epitaxial growth apparatus for vapor-phase growing an epitaxial film on the surface of a semiconductor wafer,
A chamber;
A susceptor having three or more first through-holes and mounting the semiconductor wafer in the chamber;
A susceptor support shaft for supporting the susceptor from below,
A main pillar disposed below the center of the susceptor;
Three or more arms extending radially from the main pillar below the peripheral edge of the susceptor and having second through holes;
The same number of support pins as the number of the arms that directly support the susceptor at the tip of the arm;
A susceptor support shaft having
It has an upper end portion and a lower end portion, and is inserted into the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm, and supports the semiconductor wafer at the upper end portion by being vertically moved up and down. And three or more lift pins for attaching and detaching the semiconductor wafer to and from the susceptor,
A lifting shaft that lifts and lowers the lift pin while supporting the lower end of the lift pin;
Have
The horizontal projection shape of the first through hole of the susceptor is a circle, and the horizontal projection shape of the second through hole of the arm is an ellipse whose longitudinal direction matches the extending direction of the arm,
The ellipse includes the circle at any temperature of room temperature and 600 ° C. or more and 800 ° C. or less on a horizontal plane on which the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm are projected. Epitaxial growth equipment.

(2)室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第2貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの支持ピン側のクリアランスが前記アームの前記主柱側のクリアランスよりも大きい、上記(1)に記載のエピタキシャル成長装置。   (2) Of the clearances between the lift pin and the inner wall of the second through hole of the arm at room temperature, the clearance on the support pin side of the arm is larger than the clearance on the main column side of the arm (1 ) Epitaxial growth apparatus.

(3)室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが0.35mm以上である、上記(2)に記載のエピタキシャル成長装置。   (3) The epitaxial growth apparatus according to (2), wherein the clearance on the support pin side of the arm is 0.35 mm or more at room temperature.

(4)室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが1.0mm以下である、上記(2)または(3)に記載のエピタキシャル成長装置。   (4) The epitaxial growth apparatus according to (2) or (3), wherein the clearance on the support pin side of the arm is 1.0 mm or less at room temperature.

(5)室温において、前記リフトピンと前記サセプタの前記第1貫通孔の内壁とのクリアランスが0.1mm以上0.35mm以下である、上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。   (5) The clearance between the lift pin and the inner wall of the first through hole of the susceptor is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less at room temperature, according to any one of (1) to (4) above. Epitaxial growth equipment.

(6)室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第2貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの前記主柱側のクリアランスが0.1mm以上0.35mm以下である、上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。   (6) The clearance between the lift pin and the inner wall of the second through hole of the arm at room temperature, wherein the clearance on the main column side of the arm is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less (1) The epitaxial growth apparatus as described in any one of-(5).

(7)室温において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の内端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の内端までの距離とが一致し、かつ、前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の外端までの距離が前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の外端までの距離よりも長い、上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。   (7) At room temperature, the distance from the center of the susceptor to the inner end of the first through hole of the susceptor is equal to the distance from the central axis of the main pillar to the inner end of the second through hole of the arm. And the distance from the central axis of the main pillar to the outer end of the second through hole of the arm is longer than the distance from the center of the susceptor to the outer end of the first through hole of the susceptor, The epitaxial growth apparatus according to any one of (1) to (6).

(8)600℃以上800℃以下の温度において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の外端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の外端までの距離とが一致し、かつ、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の内端までの距離が前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の内端までの距離よりも長い、上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。   (8) At a temperature of 600 ° C. to 800 ° C., the distance from the center of the susceptor to the outer end of the first through hole of the susceptor and the center axis of the main pillar to the outside of the second through hole of the arm And the distance from the center of the susceptor to the inner end of the first through hole of the susceptor is from the central axis of the main pillar to the inner end of the second through hole of the arm. The epitaxial growth apparatus according to any one of (1) to (7), wherein the epitaxial growth apparatus is longer than the distance.

(9)室温および600℃以上800℃以下のいずれか一方の温度において、前記第1貫通孔の直径と前記第2貫通孔の短径とが一致する、上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載のエピタキシャル成長装置。   (9) Any of the above (1) to (8), wherein the diameter of the first through hole coincides with the minor diameter of the second through hole at room temperature and at any one temperature of 600 ° C. to 800 ° C. The epitaxial growth apparatus as described in any one.

本発明のエピタキシャル成長装置によれば、室温および600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の差を低減させることができるため、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができ、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハを製造することができる。   According to the epitaxial growth apparatus of the present invention, the difference in the semiconductor wafer transfer operation at room temperature and a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. can be reduced, so that the semiconductor wafer transfer operation at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. can be reduced. The accuracy can be improved, and an epitaxial wafer excellent in flatness characteristics can be manufactured.

本発明の一実施形態によるエピタキシャル成長装置100の模式図であり、室温における状態を示す。It is a schematic diagram of the epitaxial growth apparatus 100 by one Embodiment of this invention, and shows the state in room temperature. 本発明の一実施形態によるエピタキシャル成長装置100の模式図であり、600℃以上800℃以下の温度における状態を示す。It is a schematic diagram of the epitaxial growth apparatus 100 by one Embodiment of this invention, and shows the state in the temperature of 600 to 800 degreeC. (A)はサセプタ20、(B)はサセプタサポートシャフト30の分解斜視図である。(A) is an exploded perspective view of the susceptor 20, and (B) is an exploded perspective view of the susceptor support shaft 30. (A)はリフトピン40、(B)は昇降シャフト50の分解斜視図である。4A is an exploded perspective view of the lift pin 40, and FIG. (A)は室温における、(B)は600℃以上800℃以下の温度における、サセプタ20、サセプタサポートシャフト30、リフトピン40、及び昇降シャフト50の位置関係を示した模式図である。(A) is room temperature, (B) is the schematic diagram which showed the positional relationship of the susceptor 20, the susceptor support shaft 30, the lift pin 40, and the raising / lowering shaft 50 in the temperature of 600 to 800 degreeC. (A)は室温における、(B)は600℃以上800℃以下の温度における、本発明の一実施形態における、サセプタ20の第1貫通孔22、アーム34の第2貫通孔36、及びリフトピン40の直胴部44の位置関係を示した水平断面図である。(A) at room temperature, (B) at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C., the first through hole 22 of the susceptor 20, the second through hole 36 of the arm 34, and the lift pin 40 in one embodiment of the present invention. It is the horizontal sectional view which showed the positional relationship of the straight trunk | drum 44. (A)は室温における、(B)は600℃以上800℃以下の温度における、比較例1によるエピタキシャル成長装置200におけるサセプタ20、サセプタサポートシャフト30、リフトピン40、および昇降シャフト50の位置関係を示した模式図である。(A) shows the positional relationship between the susceptor 20, the susceptor support shaft 30, the lift pin 40, and the lifting shaft 50 in the epitaxial growth apparatus 200 according to Comparative Example 1 at room temperature and (B) at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. It is a schematic diagram. 従来のエピタキシャル成長装置300の模式図であり、室温における状態を示す。It is the model of the conventional epitaxial growth apparatus 300, and shows the state in room temperature.

図1及び図2を参照して、本発明の一実施形態によるエピタキシャル成長装置100を説明する。また、図3及び図4を参照して、このエピタキシャル成長装置100に含まれるサセプタ20、サセプタサポートシャフト30、リフトピン40、昇降シャフト50を説明する。さらに、図5及び図6を参照して、本発明の一実施形態の特徴的部分である第1貫通孔22及び第2貫通孔36を説明する。   With reference to FIGS. 1 and 2, an epitaxial growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described. The susceptor 20, the susceptor support shaft 30, the lift pins 40, and the lifting shaft 50 included in the epitaxial growth apparatus 100 will be described with reference to FIGS. Furthermore, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, the first through hole 22 and the second through hole 36 which are characteristic parts of one embodiment of the present invention will be described.

(エピタキシャル成長装置)
図1及び図2に示すエピタキシャル成長装置100は、チャンバ10と、図3(A)にも示すサセプタ20と、図3(B)にも示すサセプタサポートシャフト30と、図4(A)に示す3本のリフトピン40A,40B,40Cと、図4(B)に示す昇降シャフト50とを有する。
(Epitaxial growth equipment)
The epitaxial growth apparatus 100 shown in FIGS. 1 and 2 includes a chamber 10, a susceptor 20 shown in FIG. 3A, a susceptor support shaft 30 shown in FIG. 3B, and 3 shown in FIG. The lift pins 40A, 40B, 40C and the lifting shaft 50 shown in FIG.

(チャンバ)
チャンバ10は、上部ドーム11、下部ドーム12及びドーム取付体13を含み、このチャンバ10がエピタキシャル膜形成室を区画する。チャンバ10には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口15及びガス排出口16が設けられる。
(Chamber)
The chamber 10 includes an upper dome 11, a lower dome 12, and a dome mounting body 13, and the chamber 10 defines an epitaxial film forming chamber. The chamber 10 is provided with a gas supply port 15 and a gas discharge port 16 for supplying and discharging the reaction gas at positions opposite to the side surfaces thereof.

(サセプタ)
サセプタ20は、チャンバ10の内部で半導体ウェーハWを載置する円盤状の部材である。ここで、サセプタ20の主表面のうち、半導体ウェーハWを載置する側の主表面をサセプタ20の上面、それとは反対側の主表面をサセプタ20の下面とする。図3(A)も参照して、サセプタ20は、周方向に120°等間隔で、サセプタ20を上下方向に貫通する3つの第1貫通孔22A,22B,22Cを有する。すなわち、サセプタ20の上面には、第1貫通孔22A,22B,22Cの開口部が形成されており、また、サセプタ20の下面にも、第1貫通孔22A,22B,22Cの開口部が形成されている。これら第1貫通孔22A,22B,22Cには、後述するリフトピン40A,40B,40Cがそれぞれ挿通される。各第1貫通孔は、半導体ウェーハの半径50%以上の裏面部領域に同心円状に位置する。サセプタ20は、カーボングラファイト(黒鉛)を母材とし、その表面を炭化ケイ素(SiC:ビッカース硬度2,346kgf/mm2)でコーティングしたものを使用することができる。サセプタ20の表面には、半導体ウェーハWを収容し載置するザグリ部(図示せず)が形成されている。
(Susceptor)
The susceptor 20 is a disk-shaped member on which the semiconductor wafer W is placed inside the chamber 10. Here, of the main surfaces of the susceptor 20, the main surface on the side where the semiconductor wafer W is placed is the upper surface of the susceptor 20, and the main surface on the opposite side is the lower surface of the susceptor 20. Referring also to FIG. 3A, the susceptor 20 has three first through holes 22A, 22B, and 22C that penetrate the susceptor 20 in the vertical direction at equal intervals of 120 ° in the circumferential direction. That is, openings of the first through holes 22A, 22B, and 22C are formed on the upper surface of the susceptor 20, and openings of the first through holes 22A, 22B, and 22C are formed on the lower surface of the susceptor 20. Has been. Lift pins 40A, 40B, and 40C, which will be described later, are inserted through the first through holes 22A, 22B, and 22C, respectively. Each first through hole is concentrically positioned in a back surface region having a radius of 50% or more of the semiconductor wafer. The susceptor 20 may be made of carbon graphite (graphite) as a base material and the surface thereof coated with silicon carbide (SiC: Vickers hardness 2,346 kgf / mm 2 ). On the surface of the susceptor 20, a counterbore part (not shown) for accommodating and placing the semiconductor wafer W is formed.

(サセプタサポートシャフト)
サセプタサポートシャフト30は、チャンバ10内でサセプタ20を下方から支持するものであり、図3(B)に示すように、主柱32と、3本のアーム34A,34B,34Cと、3本の支持ピン38A,38B,38Cとを有する。主柱32は、サセプタ20の中心の下方に配置される。
(Susceptor support shaft)
The susceptor support shaft 30 supports the susceptor 20 from below in the chamber 10, and as shown in FIG. 3B, the main pillar 32, the three arms 34A, 34B, 34C, and the three Support pins 38A, 38B, 38C. The main pillar 32 is disposed below the center of the susceptor 20.

アーム34A,34B,34Cは、主柱32からサセプタ20の周縁部下方に放射状に延びる。ここで、主柱32に沿ってサセプタ20がある側をアーム34A,34B,34Cの上側、その反対側をアーム34A,34B,34Cの下側とする。アーム34A,34B,34Cは、図3(B)に示すように、それぞれアーム34A,34B,34Cの上下方向に、主柱32に沿って貫通する第2貫通孔36A,36B,36Cを有する。なお、本明細書において「サセプタの周縁部」とは、サセプタ中心からサセプタ半径の80%以上外側の領域を意味する。支持ピン38A,38B,38Cは、アーム34A,34B,34Cの先端においてサセプタ20を直接支持する。すなわち、支持ピン38A,38B,38Cは、サセプタ20の裏面周縁部を支持する。第2貫通孔36A,36B,36Cは、やはり後述するリフトピン40A,40B,40Cがそれぞれ挿通される。本実施形態の特徴的部分は、このような第1貫通孔22A,22B,22C、第2貫通孔36A,36B,36C、及びリフトピン40A,40B,40Cの位置関係であり、その技術的意義は後述する。   The arms 34 </ b> A, 34 </ b> B, 34 </ b> C extend radially from the main pillar 32 below the peripheral edge of the susceptor 20. Here, the side where the susceptor 20 is located along the main pillar 32 is the upper side of the arms 34A, 34B, 34C, and the opposite side is the lower side of the arms 34A, 34B, 34C. As shown in FIG. 3B, the arms 34A, 34B, 34C have second through holes 36A, 36B, 36C penetrating along the main pillar 32 in the vertical direction of the arms 34A, 34B, 34C, respectively. In the present specification, the “periphery of the susceptor” means a region that is 80% or more outside the susceptor radius from the susceptor center. The support pins 38A, 38B, and 38C directly support the susceptor 20 at the tips of the arms 34A, 34B, and 34C. That is, the support pins 38 </ b> A, 38 </ b> B, and 38 </ b> C support the rear surface peripheral edge portion of the susceptor 20. The second through holes 36A, 36B, and 36C are respectively inserted with lift pins 40A, 40B, and 40C described later. The characteristic part of the present embodiment is the positional relationship between the first through holes 22A, 22B, 22C, the second through holes 36A, 36B, 36C, and the lift pins 40A, 40B, 40C. It will be described later.

サセプタサポートシャフト30は、石英(ビッカース硬度1,103kgf/mm2)で構成することが望ましく、特に合成石英で構成することが望ましい。ただし、支持ピン38A,38B,38Cの先端部分は、サセプタ20と同じ炭化ケイ素で構成することが好ましい。 The susceptor support shaft 30 is preferably made of quartz (Vickers hardness 1,103 kgf / mm 2 ), and particularly preferably made of synthetic quartz. However, the tip portions of the support pins 38 </ b> A, 38 </ b> B, 38 </ b> C are preferably made of the same silicon carbide as the susceptor 20.

(リフトピン)
図4(A)に示すように、リフトピン40A,40B,40Cは、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22C及びアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cにそれぞれ挿通される直胴部44A,44B,44Cと、該直胴部44A,44B,44C及び第1貫通孔22A,22B,22Cよりも太径の上端部42A,42B,42Cと、下端部46A,46B,46Cとをそれぞれ有する。リフトピン40A,40B,40Cは、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22C及びアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36C内にそれぞれ挿通される。リフトピン40A,40B,40Cは、後述の昇降シャフト50によって、上下方向に昇降されることにより、上端部42A,42B,42Cで半導体ウェーハW(半径50%以上の裏面部領域)を支持しながら半導体ウェーハWをサセプタ20上に着脱させることができる。この動作についても詳細は後述する。リフトピン40A,40B,40Cは、サセプタ20と同様に、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆してなるのが一般的である。
(Lift pin)
As shown in FIG. 4A, the lift pins 40A, 40B, and 40C are inserted into the first through holes 22A, 22B, and 22C of the susceptor 20 and the second through holes 36A, 36B, and 36C of the arms 34A, 34B, and 34C, respectively. Straight body portions 44A, 44B, 44C, upper end portions 42A, 42B, 42C having a diameter larger than the straight body portions 44A, 44B, 44C and the first through holes 22A, 22B, 22C, and lower end portions 46A, 46B. , 46C. The lift pins 40A, 40B, and 40C are inserted into the first through holes 22A, 22B, and 22C of the susceptor 20 and the second through holes 36A, 36B, and 36C of the arms 34A, 34B, and 34C, respectively. The lift pins 40A, 40B, and 40C are moved up and down by a lift shaft 50, which will be described later, so that the semiconductor wafer W (back surface region having a radius of 50% or more) is supported by the upper end portions 42A, 42B, and 42C. The wafer W can be attached to and detached from the susceptor 20. Details of this operation will be described later. The lift pins 40A, 40B, and 40C are generally formed by coating a carbon graphite base material with silicon carbide, similarly to the susceptor 20.

(昇降シャフト)
図4(B)に示すように、昇降シャフト50は、サセプタサポートシャフト30の主柱32を収容する中空を区画し、この主柱32と回転軸を共有する昇降シャフトの主柱52と、この昇降シャフトの主柱52の先端で分岐する3本の支柱54A,54B,54Cとを有し、これら支柱54A,54B,54Cの先端部でリフトピン40A,40B,40Cの下端部46A,46B,46Cをそれぞれ支持する。昇降シャフト50は石英で構成されることが好ましい。昇降シャフト50が、サセプタサポートシャフト30の主柱32に沿って上下動することにより、リフトピン40A,40B,40Cを昇降させることができる。
(Elevating shaft)
As shown in FIG. 4B, the elevating shaft 50 defines a hollow that accommodates the main column 32 of the susceptor support shaft 30, and the main column 52 of the elevating shaft that shares the rotation axis with the main column 32, and this The three columns 54A, 54B, 54C branch off at the tip of the main column 52 of the lifting shaft, and the lower ends 46A, 46B, 46C of the lift pins 40A, 40B, 40C at the tips of these columns 54A, 54B, 54C. Support each. The lifting shaft 50 is preferably made of quartz. When the elevating shaft 50 moves up and down along the main pillar 32 of the susceptor support shaft 30, the lift pins 40A, 40B, and 40C can be raised and lowered.

(加熱ランプ)
加熱ランプ14は、チャンバ10の上側領域および下側領域に配置され、一般に、昇降温速度が速く、温度制御性に優れた、ハロゲンランプや赤外ランプが用いられる。
(Heating lamp)
The heating lamps 14 are disposed in the upper region and the lower region of the chamber 10, and generally, a halogen lamp or an infrared lamp that has a high temperature raising / lowering speed and excellent temperature controllability is used.

(エピタキシャルウェーハの製造手順)
次に、チャンバ10内への半導体ウェーハWの搬入、半導体ウェーハWへのエピタキシャル膜の気相成長、および製造されたエピタキシャルウェーハのチャンバ10外への搬出の一連の動作を、図1及び図2を適宜参照して説明する。
(Epitaxial wafer manufacturing procedure)
Next, a series of operations of carrying in the semiconductor wafer W into the chamber 10, vapor phase growth of the epitaxial film onto the semiconductor wafer W, and carrying out the manufactured epitaxial wafer out of the chamber 10 are shown in FIGS. 1 and 2. Will be described with reference to FIG.

まず、加熱ランプ14によりチャンバ10内を600℃以上800℃以下の温度に予め加熱する。その後、図示しない搬送ブレードにより、チャンバ10内に半導体ウェーハWを搬入する。リフトピン40A,40B,40C(図1及び図2において40Bは図示せず)がサセプタ20の上方に向けて移動し、リフトピンの上端部42A,42B,42Cが半導体ウェーハWの裏面に当接することにより、半導体ウェーハWがリフトピン40A,40B,40Cで一旦支持される。リフトピン40A,40B,40Cの上昇移動は、これらの下端部46A,46B,46Cを支持する昇降シャフト50の上昇移動を介して行う。   First, the inside of the chamber 10 is preheated to a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower by the heating lamp 14. Thereafter, the semiconductor wafer W is carried into the chamber 10 by a transfer blade (not shown). Lift pins 40A, 40B, and 40C (40B not shown in FIGS. 1 and 2) move upward of the susceptor 20, and the upper end portions 42A, 42B, and 42C of the lift pins come into contact with the back surface of the semiconductor wafer W. The semiconductor wafer W is once supported by lift pins 40A, 40B, and 40C. The lift pins 40A, 40B, and 40C are moved upward and downward through the lift shaft 50 that supports the lower ends 46A, 46B, and 46C.

次いで、サセプタサポートシャフト30を上昇させることで、サセプタ20を半導体ウェーハWの位置まで移動し、半導体ウェーハWをサセプタ20上に載置する。この状態において、リフトピン40A,40B,40Cの上端部42A,42B,42Cは、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22C内に収められる。その後、加熱ランプ14により半導体ウェーハWを1000℃以上の温度に加熱する一方、ガス供給口15からチャンバ10内に反応ガスを供給して、所定の厚さのエピタキシャル膜を気相成長させて、エピタキシャルウェーハを製造する。気相成長中は、主柱32を回転軸としてサセプタサポートシャフト30を回転させることで、サセプタ20及びその上の半導体ウェーハWを回転させる。   Next, by raising the susceptor support shaft 30, the susceptor 20 is moved to the position of the semiconductor wafer W, and the semiconductor wafer W is placed on the susceptor 20. In this state, the upper end portions 42A, 42B, 42C of the lift pins 40A, 40B, 40C are accommodated in the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20. Thereafter, the semiconductor wafer W is heated to a temperature of 1000 ° C. or higher by the heating lamp 14 while a reactive gas is supplied from the gas supply port 15 into the chamber 10 to vapor-phase grow an epitaxial film having a predetermined thickness. An epitaxial wafer is manufactured. During vapor phase growth, the susceptor support shaft 30 is rotated about the main column 32 as a rotation axis, thereby rotating the susceptor 20 and the semiconductor wafer W thereon.

その後、サセプタサポートシャフト30を下降させることで、サセプタ20を下降させる。この下降は、リフトピン40A,40B,40Cが昇降シャフト50に支持されサセプタ20から突出する位置まで行い、製造後のエピタキシャルウェーハをリフトピン40A,40B,40Cにて支持しておく。そして、チャンバ10内に図示しない搬送ブレードを導入し、リフトピン40A,40B,40Cを下降して搬送ブレード上にエピタキシャルウェーハを載置する。こうして、エピタキシャルウェーハをリフトピン40A,40B,40Cから搬送ブレードに受け渡す。その後、搬送ブレードとともにエピタキシャルウェーハをチャンバ10外へ搬出する。   Thereafter, the susceptor 20 is lowered by lowering the susceptor support shaft 30. This lowering is performed until the lift pins 40A, 40B, 40C are supported by the lift shaft 50 and protrude from the susceptor 20, and the manufactured epitaxial wafer is supported by the lift pins 40A, 40B, 40C. Then, a carrier blade (not shown) is introduced into the chamber 10 and the lift pins 40A, 40B, 40C are lowered to place the epitaxial wafer on the carrier blade. Thus, the epitaxial wafer is transferred from the lift pins 40A, 40B, and 40C to the transfer blade. Thereafter, the epitaxial wafer is carried out of the chamber 10 together with the transfer blade.

このような一連の動作において、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハWの搬送動作の調整は室温で行われる。具体的には、加熱ランプ14などの加熱ユニットを取り外した後、上部ドーム11の上方から目視で確認しながら、室温下においてサセプタ20に対して所定の位置に半導体ウェーハWが位置するように搬送ブレードの搬送動作の調整を行う。   In such a series of operations, adjustment of the transfer operation of the semiconductor wafer W at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is performed at room temperature. Specifically, after the heating unit such as the heating lamp 14 is removed, the semiconductor wafer W is transferred to a predetermined position with respect to the susceptor 20 at room temperature while visually confirming from above the upper dome 11. Adjust the blade transfer operation.

本実施形態では、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22C及びアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cは、図6(A),(B)に示すように、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの水平面投射形状が円であり、かつ、アーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの水平面投射形状が、長手方向がアーム34A,34B,34Cの延在方向に一致する長円であり、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cおよびアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cを投影した水平面において、室温および600℃以上800℃以下のいずれの温度においても、上記長円が上記円を包含するように設定される。以下では、第1貫通孔22A,22B,22C、第2貫通孔36A,36B,36C、及びリフトピン40A,40B,40Cの位置関係をこのように設定する技術的意義について、図5(A),(B)を適宜参照して説明する。   In the present embodiment, the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20 and the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C are as shown in FIGS. The horizontal plane projection shape of the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20 is a circle, and the horizontal plane projection shape of the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C is the arm 34A in the longitudinal direction. , 34B, 34C in the horizontal plane on which the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20 and the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C are projected. The ellipse is set so as to include the circle at room temperature and at any temperature between 600 ° C. and 800 ° C. Hereinafter, the technical significance of setting the positional relationship of the first through holes 22A, 22B, 22C, the second through holes 36A, 36B, 36C, and the lift pins 40A, 40B, 40C in this way will be described with reference to FIGS. Description will be made with reference to (B) as appropriate.

平坦度特性に優れたエピタキシャル膜を得るには、図5(B)に示すように、半導体ウェーハWの搬送時である600℃以上800℃以下の温度において、リフトピン40A,40B,40Cの中心軸が鉛直方向に対して平行に位置することが求められる。これにより、半導体ウェーハWの搬送の際、半導体ウェーハWの主表面が水平面に対して平行となる状態が保たれる。ここで、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハWの搬送動作の調整は、上述したように室温で行われる。しかしながら、図5(A),(B)に示すように、600℃以上800℃以下の温度におけるサセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの位置は、室温時を基準としてアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの位置に対して相対的に熱膨張により変化する。そこで、この熱膨張による変化分をアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cが吸収できるように、アーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cを上記のように設定すれば、図5(A)に示すように、室温においても、リフトピン40A,40B,40Cの中心軸が鉛直方向に対して平行となる状態が実現される。これにより、室温と600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハWの搬送動作の差が低減されるため、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができる。   In order to obtain an epitaxial film having excellent flatness characteristics, the central axes of the lift pins 40A, 40B, and 40C are obtained at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower when the semiconductor wafer W is transferred as shown in FIG. Is required to be positioned parallel to the vertical direction. Thereby, when the semiconductor wafer W is transported, a state in which the main surface of the semiconductor wafer W is parallel to the horizontal plane is maintained. Here, the adjustment of the transfer operation of the semiconductor wafer W at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is performed at room temperature as described above. However, as shown in FIGS. 5A and 5B, the positions of the first through holes 22A, 22B, and 22C of the susceptor 20 at a temperature of 600 ° C. or more and 800 ° C. or less are based on the arms 34A and 34B at room temperature. , 34C change due to thermal expansion relative to the positions of the second through holes 36A, 36B, 36C. Therefore, the second through holes 36A, 36B, and 36C of the arms 34A, 34B, and 34C are configured as described above so that the second through holes 36A, 36B, and 36C of the arms 34A, 34B, and 34C can absorb the change due to the thermal expansion. With this setting, as shown in FIG. 5A, a state is realized in which the central axes of the lift pins 40A, 40B, and 40C are parallel to the vertical direction even at room temperature. Thereby, since the difference in the transfer operation of the semiconductor wafer W between room temperature and a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower is reduced, the accuracy of the transfer operation of the semiconductor wafer at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower can be improved. .

サセプタサポートシャフト30に石英を用いて、サセプタ20にカーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材を用いる場合、カーボングラファイトや炭化ケイ素の熱膨張係数は石英の熱膨張係数に比べて大きい。従って、図6(B)に示すように、600℃以上800℃以下の温度では、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cは、図6(A)に示す室温時を基準として、アーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cに対して相対的にサセプタ20の径方向外側X2に移動する。そこで、図6(A)に示すように、室温において、リフトピン40A,40B,40Cとアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの内壁とのクリアランスのうち、アーム34A,34B,34Cの支持ピン38A,38B,38C側Y2のクリアランスd3がアーム34A,34B,34Cの主柱32側Y1のクリアランスd2よりも大きいことが好ましい。これにより、図5(A),(B)に示すように、室温および600℃以上800℃以下のいずれの温度においても、リフトピン40A,40B,40Cの中心軸は鉛直方向に対して平行に位置するため、室温と600℃以上800℃以下の温度とにおける半導体ウェーハの搬送動作の差が低減される。なお、カーボングラファイトや炭化ケイ素の熱膨張係数と石英の熱膨張係数との差を考慮して、室温において、図6(A)に示すアーム34A,34B,34Cの支持ピン38A,38B,38C側Y2のクリアランスd3を0.35mm以上とすることがより好ましい。   When quartz is used for the susceptor support shaft 30 and a member obtained by coating a carbon graphite base material with silicon carbide is used for the susceptor 20, the thermal expansion coefficient of carbon graphite or silicon carbide is larger than that of quartz. Therefore, as shown in FIG. 6B, at temperatures of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, the first through holes 22A, 22B, and 22C of the susceptor 20 are armed on the basis of the room temperature shown in FIG. The susceptor 20 moves radially outward X2 relative to the second through holes 36A, 36B, 36C of 34A, 34B, 34C. Therefore, as shown in FIG. 6A, of the clearances between the lift pins 40A, 40B, 40C and the inner walls of the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C at room temperature, the arms 34A, 34B 34C, the clearance d3 of the support pins 38A, 38B, 38C side Y2 is preferably larger than the clearance d2 of the main pillar 32 side Y1 of the arms 34A, 34B, 34C. As a result, as shown in FIGS. 5A and 5B, the center axes of the lift pins 40A, 40B, and 40C are positioned parallel to the vertical direction at both room temperature and 600 ° C. to 800 ° C. Therefore, the difference in the semiconductor wafer transfer operation between room temperature and a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. is reduced. In consideration of the difference between the thermal expansion coefficient of carbon graphite or silicon carbide and the thermal expansion coefficient of quartz, the support pins 38A, 38B, and 38C side of the arms 34A, 34B, and 34C shown in FIG. It is more preferable that the clearance d3 of Y2 is 0.35 mm or more.

図6(A)を参照して、室温において、アーム34A,34B,34Cの支持ピン38A,38B,38C側Y2のクリアランスd3が1.0mm以下であることが好ましい。また、室温において、リフトピン40A,40B,40Cとサセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの内壁とのクリアランスd1が0.10mm以上0.35mm以下であることが好ましい。さらに、室温において、リフトピン40A,40B,40Cとアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの内壁とのクリアランスのうち、アーム34A,34B,34Cの主柱32側Y1のクリアランスd2が0.10mm以上0.35mm以下であることが好ましい。上記のようなクリアランスを設けることによりリフトピンの昇降動作がより安定する。よって、リフトピン同士を相互接続して固定していなくても、半導体ウェーハWの搬送動作の際におけるリフトピンのぐらつきは抑制される。なお、リフトピンのぐらつきをより抑制する観点からは、サセプタの裏面に、各リフトピンがそれぞれ挿通するような穴を有するリング形状のリフトピン支持部を設けても良い。   Referring to FIG. 6A, it is preferable that the clearance d3 of the support pins 38A, 38B, and 38C side Y2 of the arms 34A, 34B, and 34C is 1.0 mm or less at room temperature. Further, at room temperature, the clearance d1 between the lift pins 40A, 40B, 40C and the inner walls of the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20 is preferably 0.10 mm or more and 0.35 mm or less. Further, of the clearances between the lift pins 40A, 40B, 40C and the inner walls of the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C at room temperature, the clearances on the main column 32 side Y1 of the arms 34A, 34B, 34C. It is preferable that d2 is 0.10 mm or more and 0.35 mm or less. By providing the clearance as described above, the lifting pins are more stably moved up and down. Therefore, even if the lift pins are not interconnected and fixed, wobbling of the lift pins during the transfer operation of the semiconductor wafer W is suppressed. From the viewpoint of further suppressing the wobbling of the lift pins, a ring-shaped lift pin support portion having holes through which the lift pins are inserted may be provided on the back surface of the susceptor.

図6(A)を参照して、室温において、サセプタ20の中心O1からサセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの内端までの距離L1と主柱32の中心軸O2からアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの内端までの距離L3とが一致し、かつ、主柱32の中心軸O2からアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの外端までの距離L4がサセプタ20の中心O1からサセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの外端までの距離L2よりも長くなるように設定することが好ましい。さらに、図6(B)を参照して、600℃以上800℃以下の温度において、サセプタ20の中心O1からサセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの外端までの距離L2’と主柱32の中心軸O2からアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの外端までの距離L4’とが一致し、かつ、サセプタ20の中心O1からサセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cの内端までの距離L1’が主柱32の中心軸O2からアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cの内端までの距離L3’よりも長くなるように設定することが好ましい。サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cとアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cとの位置関係をこのように設定することにより、室温および600℃以上800℃以下のいずれの温度においても、リフトピン40A,40B,40Cの中心軸が鉛直方向に対して平行となる状態が実現され、なおかつ、リフトピン40A,40B,40Cのぐらつきを低減させることができる。   6A, at room temperature, a distance L1 from the center O1 of the susceptor 20 to the inner ends of the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20 and the central axis O2 of the main pillar 32 to the arms 34A, The distances L3 to the inner ends of the second through holes 36A, 36B, 36C of 34B, 34C coincide with each other, and the second through holes 36A, 36B, 34A, 34B, 34C of the arms 34A, 34B, 34C from the central axis O2 of the main pillar 32. The distance L4 to the outer end of 36C is preferably set to be longer than the distance L2 from the center O1 of the susceptor 20 to the outer ends of the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20. Furthermore, referring to FIG. 6B, at a temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, distance L2 ′ from the center O1 of susceptor 20 to the outer ends of first through holes 22A, 22B, 22C of susceptor 20 and the main The distance L4 ′ from the central axis O2 of the column 32 to the outer ends of the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C coincides, and the first penetration of the susceptor 20 from the center O1 of the susceptor 20 The distance L1 ′ to the inner ends of the holes 22A, 22B, and 22C is longer than the distance L3 ′ from the central axis O2 of the main column 32 to the inner ends of the second through holes 36A, 36B, and 36C of the arms 34A, 34B, and 34C. It is preferable to set so that By setting the positional relationship between the first through holes 22A, 22B, 22C of the susceptor 20 and the second through holes 36A, 36B, 36C of the arms 34A, 34B, 34C in this way, room temperature and 600 ° C. or more and 800 ° C. or less. At any of these temperatures, the state in which the central axes of the lift pins 40A, 40B, and 40C are parallel to the vertical direction is realized, and the wobbling of the lift pins 40A, 40B, and 40C can be reduced.

図6(A),(B)に示すように、サセプタ20の材質とアーム34A,34B,34Cの材質との熱膨張係数の差によって、サセプタ20の第1貫通孔22A,22B,22Cがアーム34A,34B,34Cの第2貫通孔36A,36B,36Cに対して相対的に移動するのは、サセプタ20の径方向に垂直な方向ではなく、サセプタ20の径方向である。そこで、サセプタ20の径方向に垂直な方向へのリフトピン40A,40B,40Cのぐらつきをより抑制する観点からは、室温および600℃以上800℃以下のいずれか一方の温度において、第1貫通孔の直径r1,r1’と第2貫通孔の短径r2,r2’とを一致させることが好ましい。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the first through holes 22A, 22B, and 22C of the susceptor 20 are armed due to the difference in thermal expansion coefficient between the material of the susceptor 20 and the material of the arms 34A, 34B, and 34C. It is not the direction perpendicular to the radial direction of the susceptor 20 but the radial direction of the susceptor 20 that moves relative to the second through holes 36A, 36B, and 36C of the 34A, 34B, and 34C. Therefore, from the viewpoint of further suppressing the wobbling of the lift pins 40A, 40B, and 40C in the direction perpendicular to the radial direction of the susceptor 20, the first through-holes are at room temperature and at any one temperature of 600 ° C to 800 ° C. It is preferable to match the diameters r1 and r1 ′ with the minor diameters r2 and r2 ′ of the second through holes.

上記本実施形態では、主柱32から分岐する方向には、等間隔に3本のアーム34A,34B,34Cを延在させる例を示したが、本発明はこれに限定されず、4本以上分岐させてもよい。   In the present embodiment, the example in which the three arms 34A, 34B, 34C are extended at equal intervals in the direction branching from the main pillar 32 is shown, but the present invention is not limited to this, and four or more arms are provided. You may make it branch.

(発明例1)
まず、図1〜6に示したエピタキシャル成長装置を用いて、室温において半導体ウェーハの搬送動作を上述した方法により調整した。次に、700℃にて半導体ウェーハの搬送動作を行った。その後、上述した手順に従ってシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。ここで、サセプタには、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆した部材を用いた。また、サセプタサポートシャフトには石英を用いた。また、エピタキシャルウェーハの基板としては、ボロンドープされた直径300mmのシリコンウェーハを用いた。
(Invention Example 1)
First, using the epitaxial growth apparatus shown in FIGS. 1 to 6, the semiconductor wafer transfer operation was adjusted by the method described above at room temperature. Next, the semiconductor wafer was transported at 700 ° C. Then, the silicon epitaxial wafer was manufactured according to the procedure mentioned above. Here, a member obtained by coating a carbon graphite base material with silicon carbide was used as the susceptor. Quartz was used for the susceptor support shaft. Further, a boron-doped silicon wafer having a diameter of 300 mm was used as the substrate of the epitaxial wafer.

エピタキシャルウェーハの製造は、まず、原料ソースガスであるトリクロロシランガスを温度1150℃にて供給し、サセプタの表面に対してシリコンコートを施した。次いで、シリコンウェーハをチャンバ内に導入し、リフトピンを用いてサセプタ上に載置した。続いて、1150℃にて、水素ガスを供給し、水素ベークを行った後、1150℃にて、シリコンのエピタキシャル膜を4μm成長させてエピタキシャルシリコンウェーハを得た。ここで、原料ソースガスとしてはトリクロロシランガスを用い、また、ドーパントガスとしてジボランガス、キャリアガスとして水素ガスを用いた。   In the manufacture of the epitaxial wafer, first, trichlorosilane gas as a source gas was supplied at a temperature of 1150 ° C., and silicon coating was applied to the surface of the susceptor. Next, the silicon wafer was introduced into the chamber and placed on the susceptor using lift pins. Subsequently, hydrogen gas was supplied at 1150 ° C. to perform hydrogen baking, and then an epitaxial silicon film was grown at 1150 ° C. by 4 μm to obtain an epitaxial silicon wafer. Here, trichlorosilane gas was used as the source gas, diborane gas was used as the dopant gas, and hydrogen gas was used as the carrier gas.

図6(A)を参照して、サセプタの第1貫通孔は、水平面投影形状が円となるように設定し、アームの第2貫通孔は、水平面投影形状が、長手方向がアームの延在方向に一致する長円となるように設定した。室温において、図6(A)に示す円の直径r1および長円の短径r2は4.0mm、長円の長径Rは4.4mmとした。また、リフトピンの水平方向の断面は円形状とし、その直径は室温において3.35mmとなるように設定した。すなわち、室温において、図6(A)に示すクリアランスd3は0.725mm、d1,d2は0.325mmとした。また、サセプタの第1貫通孔とアームの第2貫通孔との位置関係については、図6(A)に示すL1,L3を114.25mm、L4を118.65mm、L2を118.25mmとし、さらに、図6(B)に示すL2’,L4’を118.2mm、L1’を114.65mm、L3’を114.3mmとした。   Referring to FIG. 6A, the first through-hole of the susceptor is set so that the horizontal projection shape is a circle, and the second through-hole of the arm has the horizontal projection shape and the longitudinal direction is the extension of the arm. The ellipse was set to match the direction. At room temperature, the diameter r1 of the circle and the minor axis r2 of the ellipse shown in FIG. 6A were 4.0 mm, and the major axis R of the ellipse was 4.4 mm. Moreover, the cross section of the lift pin in the horizontal direction was circular, and the diameter was set to be 3.35 mm at room temperature. That is, at room temperature, the clearance d3 shown in FIG. 6A was 0.725 mm, and d1 and d2 were 0.325 mm. Further, regarding the positional relationship between the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm, L1 and L3 shown in FIG. 6A are 114.25 mm, L4 is 118.65 mm, L2 is 118.25 mm, Furthermore, L2 ′ and L4 ′ shown in FIG. 6B were 118.2 mm, L1 ′ was 114.65 mm, and L3 ′ was 114.3 mm.

(発明例2)
サセプタの裏面に各リフトピンがそれぞれ挿通するような穴を有するリング形状のリフトピン支持部を設けた以外は、発明例1と同様の構成を有するエピタキシャル成長装置とした。
(Invention Example 2)
An epitaxial growth apparatus having the same configuration as that of Invention Example 1 was provided except that a ring-shaped lift pin support portion having holes through which the lift pins were respectively inserted was provided on the back surface of the susceptor.

(比較例1)
サセプタの第1貫通孔およびアームの第2貫通孔はともに、水平面投影形状が円となるように設定した。円の直径は、いずれも室温において4.0mmとした。また、サセプタの第1貫通孔とアームの第2貫通孔との位置関係については、室温において、サセプタの中心からサセプタの第1貫通孔の中心までの距離を113.9mm、主柱の中心軸からアームの第2貫通孔の中心までの距離を114.3mmとなるように設定した。すなわち、図7(A)に示すように、室温では、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対してサセプタの径方向内側に傾き、図7(B)に示すように、600℃以上800℃以下の温度では、リフトピンの中心軸が鉛直方向に対して平行になるように設定した。
(Comparative Example 1)
Both the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm were set so that the horizontal projection shape was a circle. The diameter of each circle was 4.0 mm at room temperature. Further, regarding the positional relationship between the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm, the distance from the center of the susceptor to the center of the first through hole of the susceptor is 113.9 mm at the room temperature, and the central axis of the main column The distance from the center of the second through hole of the arm to 114.3 mm was set. That is, as shown in FIG. 7 (A), at room temperature, the center axis of the lift pin is inclined inward in the radial direction of the susceptor with respect to the vertical direction, and as shown in FIG. The temperature was set so that the center axis of the lift pin was parallel to the vertical direction.

(評価方法および結果)
各比較例および発明例において、昇降シャフトの昇降移動を介して、リフトピンを昇降移動させることにより、サセプタ上にシリコンウェーハを搬送させる搬送動作およびエピタキシャル成長を10回行い、それぞれの搬送動作およびエピタキシャル成長の後において、シリコンウェーハの中心とサセプタの中心とのズレ量およびシリコンエピタキシャル層の平坦度特性を測定した。なお、平坦度測定については、光干渉式変位測定計(KLA-Tencor社製、WaferSight)を用いてシリコンエピタキシャル層表面の厚み分布(SFQR値)を測定することによって評価した。測定結果を表1に示す。まず、ズレ量については、いずれの搬送動作およびエピタキシャル成長の後においても、発明例1,2は比較例1に比べてズレ量を低減させることができた。また、10回のズレ量の平均値は、比較例1では平均1.82mmであったのに対し、発明例1では平均0.77mm、発明例2では平均0.41mmと、減少していた。次に、平坦度特性についても、いずれの搬送動作後およびエピタキシャル成長の後においても、発明例1,2は比較例1に比べて平坦度特性を向上させることができた。また、10回の平坦度特性の平均値は、比較例1では平均195nmであったのに対し、発明例1では平均98nm、発明例2では平均59nmと、減少していた。
(Evaluation method and results)
In each comparative example and invention example, the lift pin is moved up and down through the lift shaft, thereby carrying the silicon wafer onto the susceptor and carrying out the epitaxial growth 10 times, and after each carrying operation and epitaxial growth. , The amount of deviation between the center of the silicon wafer and the center of the susceptor and the flatness characteristics of the silicon epitaxial layer were measured. The flatness measurement was evaluated by measuring the thickness distribution (SFQR value) on the surface of the silicon epitaxial layer using an optical interference displacement meter (manufactured by KLA-Tencor, WaferSight). The measurement results are shown in Table 1. First, as for the amount of deviation, the invention examples 1 and 2 were able to reduce the amount of deviation compared to Comparative Example 1 after any transport operation and epitaxial growth. Further, the average value of the deviation amount of 10 times was 1.82 mm on average in Comparative Example 1, whereas it was 0.77 mm on average in Invention Example 1 and 0.41 mm on average in Invention Example 2. . Next, as for the flatness characteristics, the invention examples 1 and 2 were able to improve the flatness characteristics as compared with the comparative example 1 after any transport operation and after epitaxial growth. Further, the average value of the flatness characteristics of 10 times was 195 nm on average in Comparative Example 1, whereas it decreased to 98 nm on average in Invention Example 1 and 59 nm on average in Invention Example 2.

本発明のエピタキシャル成長装置によれば、室温および600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の差を低減させることができるため、600℃以上800℃以下の温度における半導体ウェーハの搬送動作の精度を向上させることができ、平坦度特性に優れたエピタキシャルウェーハを製造することができる。   According to the epitaxial growth apparatus of the present invention, the difference in the semiconductor wafer transfer operation at room temperature and a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. can be reduced, so that the semiconductor wafer transfer operation at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. can be reduced. The accuracy can be improved, and an epitaxial wafer excellent in flatness characteristics can be manufactured.

100 エピタキシャル成長装置
10 チャンバ
11 上部ドーム
12 下部ドーム
13 ドーム取付体
14 加熱ランプ
15 ガス供給口
16 ガス排出口
20 サセプタ
22A,22B,22C 第1貫通孔
30 サセプタサポートシャフト
32 主柱
34A,34B,34C アーム
36A,36B,36C 第2貫通孔
38A,38B,38C 支持ピン
40A,40B,40C リフトピン
42A,42B,42C 上端部(頭部)
44A,44B,44C 直胴部
46A,46B,46C 下端部
50 昇降シャフト
52 昇降シャフトの主柱
54A,54B,54C 支柱
W 半導体ウェーハ
X1 サセプタの中心側
X2 サセプタの径方向外側
Y1 主柱側
Y2 アームの支持ピン側
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Epitaxial growth apparatus 10 Chamber 11 Upper dome 12 Lower dome 13 Dome attachment body 14 Heating lamp 15 Gas supply port 16 Gas exhaust port 20 Susceptor 22A, 22B, 22C 1st through-hole 30 Susceptor support shaft 32 Main pillar 34A, 34B, 34C Arm 36A, 36B, 36C Second through hole 38A, 38B, 38C Support pin 40A, 40B, 40C Lift pin 42A, 42B, 42C Upper end (head)
44A, 44B, 44C Straight body portion 46A, 46B, 46C Lower end portion 50 Lift shaft 52 Main shaft of lift shaft 54A, 54B, 54C Column W Semiconductor wafer X1 Center side of susceptor X2 Radial outside of susceptor Y1 Main column side Y2 Arm Support pin side of

Claims (9)

半導体ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を気相成長させるエピタキシャル成長装置であって、
チャンバと、
3以上の第1貫通孔を有し、前記チャンバ内で前記半導体ウェーハを載置するサセプタと、
前記サセプタを下方から支持するサセプタサポートシャフトであって、
前記サセプタの中心の下方に配置される主柱と、
前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延び、第2貫通孔を有する3本以上のアームと、
前記アームの先端において前記サセプタを直接支持する、前記アームの本数と同じ数の支持ピンと、
を有するサセプタサポートシャフトと、
上端部および下端部を有し、前記サセプタの前記第1貫通孔内および前記アームの前記第2貫通孔内に挿通され、上下方向に昇降されることにより、前記上端部で前記半導体ウェーハを支持しながら前記半導体ウェーハを前記サセプタに着脱させる、3本以上のリフトピンと、
前記リフトピンの下端部を支持しながら前記リフトピンを昇降させる昇降シャフトと、
を有し、
前記サセプタの前記第1貫通孔の水平面投影形状が円であり、かつ、前記アームの前記第2貫通孔の水平面投影形状が、長手方向が前記アームの延在方向と一致する長円であり、
前記サセプタの前記第1貫通孔および前記アームの前記第2貫通孔を投影した水平面において、室温および600℃以上800℃以下のいずれの温度においても、前記長円が前記円を包含することを特徴とするエピタキシャル成長装置。
An epitaxial growth apparatus for vapor-phase growing an epitaxial film on the surface of a semiconductor wafer,
A chamber;
A susceptor having three or more first through-holes and mounting the semiconductor wafer in the chamber;
A susceptor support shaft for supporting the susceptor from below,
A main pillar disposed below the center of the susceptor;
Three or more arms extending radially from the main pillar below the peripheral edge of the susceptor and having second through holes;
The same number of support pins as the number of the arms that directly support the susceptor at the tip of the arm;
A susceptor support shaft having
It has an upper end portion and a lower end portion, and is inserted into the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm, and supports the semiconductor wafer at the upper end portion by being vertically moved up and down. And three or more lift pins for attaching and detaching the semiconductor wafer to and from the susceptor,
A lifting shaft that lifts and lowers the lift pin while supporting the lower end of the lift pin;
Have
The horizontal projection shape of the first through hole of the susceptor is a circle, and the horizontal projection shape of the second through hole of the arm is an ellipse whose longitudinal direction matches the extending direction of the arm,
The ellipse includes the circle at any temperature of room temperature and 600 ° C. or more and 800 ° C. or less on a horizontal plane on which the first through hole of the susceptor and the second through hole of the arm are projected. Epitaxial growth equipment.
室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第2貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの支持ピン側のクリアランスが前記アームの前記主柱側のクリアランスよりも大きい、請求項1に記載のエピタキシャル成長装置。   The clearance between the lift pin and the inner wall of the second through hole of the arm at room temperature, the clearance on the support pin side of the arm is larger than the clearance on the main column side of the arm. Epitaxial growth equipment. 室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが0.35mm以上である、請求項2に記載のエピタキシャル成長装置。   The epitaxial growth apparatus according to claim 2, wherein the clearance on the support pin side of the arm is 0.35 mm or more at room temperature. 室温において、前記アームの支持ピン側のクリアランスが1.0mm以下である、請求項2または3に記載のエピタキシャル成長装置。   The epitaxial growth apparatus of Claim 2 or 3 whose clearance by the side of the support pin of the said arm is 1.0 mm or less at room temperature. 室温において、前記リフトピンと前記サセプタの前記第1貫通孔の内壁とのクリアランスが0.1mm以上0.35mm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。   The epitaxial growth apparatus as described in any one of Claims 1-4 whose clearance between the said lift pin and the inner wall of the said 1st through-hole of the said susceptor is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less at room temperature. 室温において、前記リフトピンと前記アームの前記第2貫通孔の内壁とのクリアランスのうち、前記アームの前記主柱側のクリアランスが0.1mm以上0.35mm以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。   6. The clearance according to claim 1, wherein, of the clearance between the lift pin and the inner wall of the second through hole of the arm at room temperature, the clearance on the main pillar side of the arm is 0.1 mm or more and 0.35 mm or less. The epitaxial growth apparatus according to claim 1. 室温において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の内端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の内端までの距離とが一致し、かつ、前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の外端までの距離が前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の外端までの距離よりも長い、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。   At room temperature, the distance from the center of the susceptor to the inner end of the first through hole of the susceptor matches the distance from the central axis of the main pillar to the inner end of the second through hole of the arm, and The distance from the central axis of the main pillar to the outer end of the second through hole of the arm is longer than the distance from the center of the susceptor to the outer end of the first through hole of the susceptor. The epitaxial growth apparatus as described in any one of 6. 600℃以上800℃以下の温度において、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の外端までの距離と前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の外端までの距離とが一致し、かつ、前記サセプタの中心から前記サセプタの前記第1貫通孔の内端までの距離が前記主柱の中心軸から前記アームの前記第2貫通孔の内端までの距離よりも長い、請求項1〜7のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。   At a temperature of 600 ° C. to 800 ° C., the distance from the center of the susceptor to the outer end of the first through hole of the susceptor and the center axis of the main pillar to the outer end of the second through hole of the arm And the distance from the center of the susceptor to the inner end of the first through hole of the susceptor is greater than the distance from the central axis of the main pillar to the inner end of the second through hole of the arm. The epitaxial growth apparatus according to claim 1, which is also long. 室温および600℃以上800℃以下のいずれか一方の温度において、前記第1貫通孔の直径と前記第2貫通孔の短径とが一致する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長装置。   The room temperature according to any one of claims 1 to 8, wherein a diameter of the first through hole and a minor axis of the second through hole coincide with each other at room temperature and at a temperature not lower than 600 ° C and not higher than 800 ° C. Epitaxial growth equipment.
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